Szerokopasmowe sondy lambda

Sonda lambda © NGK/NTK

Udostępnij:

Stałe i rozwijające się zaangażowanie autorytetów z branży motoryzacyjnej w zmniejszenie emisji substancji szkodliwych do środowiska powoduje zmiany w systemie zarządzania spalaniem mieszanki paliwowo-powietrznej w silnikach spalania wewnętrznego.

W tym celu wprowadzane są nowe rozwiązania konwerterów katalitycznych, górnozakresowych i niskozakresowych czujników tlenu resztkowego współpracujących z tymi katalizatorami, systemów recyrkulacji gazów spalinowych (EGR), czujników temperatury spalin, czujników związków azotu (NOX) i katalizatorów redukujących SCR. Wzajemna interakcja między tymi systemami zmusiła silnik spalinowy do pracy poza zakresem spalania mieszanki stechiometrycznej (λ=1) oraz spowodowała potrzebę kontroli tej pracy poza zakresem idealnego spalania mieszanki. Aby było to możliwe, zaczęto stosować szerokopasmowe sondy lambda.

 

© NGK/NTK

 

Ilustracja 1. a) umiejscowienie sondy lambda; b) złącze sondy zlokalizowane jest w komorze silnika z lewej strony obok zbiornika płynu hamulcowego; c, d) czujnik ma 5 przewodów, ale wiązka na samochodzie przy wtyczce – 6.


Zasada działania

Szerokopasmowe czujniki tlenu (zwane wide range, broad band lub wide band) mierzą szczątkową zawartość tlenu w spalinach. W porównaniu do sond cyrkonowych lub tytanowych wykrywających tylko wartość λ=1 mogą zmierzyć szerszy zakres zawartości tlenu w spalinach, odpowiadający większym dysproporcjom stosunku tlenu do paliwa w mieszance paliwowo-powietrznej. Ich działanie wewnętrzne różni się od działania czujników standardowych. Czujnik szerokopasmowy składa się z dwóch ogniw – jednego mierzącego, a drugiego pompującego. W pierwszym mierzona jest koncentracja tlenu w spalinach. Wartość pomiaru jest przez sondę podawana jako sygnał napięciowy, który jest porównywany do napięcia referencyjnego o wartości 450 mV. Ta wartość odpowiada mieszance stechiometrycznej dającej wartość λ=1. Jeśli wartość pomiaru odbiega od napięcia referencyjnego, to ogniwo pompujące dostarcza dodatkową ilość jonów tlenu do ogniwa pomiarowego lub pobiera jony tlenu z tego ogniwa. Operacja ta trwa tak długo, aż osiągnięty zostanie odczyt równy z wartością 450 mV. Wartość i polaryzacja napięcia potrzebna do osiągnięcia napięcia referencyjnego odpowiada koncentracji tlenu w mieszance paliwowo-powietrznej.

Przykład diagnostyczny:
VW PASSAT VII 1.6 TDI 88 kW
W przykładowym samochodzie szerokopasmowa sonda lambda znajduje się za silnikiem i jest zamontowana za turbosprężarką, ale przed katalizatorem (w instrukcji serwisowej pozycja tej sondy opisana jest jako „Pre-cat” lub „Front”).

Kontrola obwodu zasilania

Aby skontrolować, czy obwód podgrzewania jest zasilany, konieczne jest wpięcie wtyczki czujnika do instalacji elektrycznej pojazdu. Miernik powinien być ustawiony do pomiaru napięcia stałego „DC”. Przy włączeniu zapłonu, ale wyłączonym silniku, napięcie między masą pojazdu (czarny przewód multimetru) a stykiem 5 (czerwony przewód multimetru) powinno wskazywać wartość napięcia akumulatora.

Kontrola oporności podgrzewania

Ten test należy przeprowadzić przy wyłączonym silniku i wyjętych kluczykach ze stacyjki. Po odpięciu złącza czujnika należy ustawić multimetr na pomiar oporności w zakresie do 200 Ω. Aby dokonać pomiaru, należy podłączyć czarny przewód multimetru do styku 3, a czerwony przewód multimetru do styku 5 po stronie czujnika. Jeśli nieznana jest poprawna wartość oporności, można przyjąć, że dla większości sond szerokopasmowych oporność obwodu podgrzewania zawiera się w przedziale od 2,5–4 Ω.

 

© NGK/NTK

 

Ilustracja 2. a) widok wnętrza wtyczki po stronie instalacji elektrycznej; b) 5 przewodów sondy lambda z samochodu o przebiegu około 30 000 km; c) widok wtyczki od strony czujnika; d) zasilanie obwodu podgrzewania; e) oporność obwodu podgrzewania. Opisy ilustracji 2a i 2d w tabelach 1 i 2 poniżej.

Tabela 1. Przewody do wtyczki po stronie instalacji
Nr przewodu  Kolor przewodu   Funkcja
1  /  /
biały prąd stały ogniwa pompującego
3 żółty kontrola obwodu podgrzewania
4 szary zasilanie ogniwa pomiarowego
5 niebieski zasilanie obwodu podgrzewania
6 czarny referencyjne zasilanie biegunem ujemnym

 

Tabela 2. Warunki pomiaru obwodu podgrzewania
Zapłon Włączony
Silnik Wyłączony
Wtyczka Spięta
Ustawienie multimetru V DC
Czerwony przewód multimetru  Pin 5
Czarny przewód multimetru Masa
Wartość zmierzona 12,14 V

TOP w kategorii


#Technika motoryzacyjna

NGK sondy lambda NTK



Kontrola obwodu kontroli podgrzewania

Aby mieć wgląd w kontrolę obwodu podgrzewania sondy, należy podłączyć dodatni terminal oscyloskopu do styku 3, a ujemny do masy przy włączonym zapłonie i silniku pracującym na biegu jałowym (tabela 3).
Jak pokazano na ilustracji 3a, obwód wykazuje ujemną charakterystykę roboczą odpowiadającą 2% przy częstotliwości 100 Hz (wykres przedstawia wartość 98,1% jako normalne warunki pracy do obliczania wartości sygnału).

Tabela 3. Warunki kontroli obwodu kontroli podgrzewania
Zapłon Włączony
Silnik  Bieg jałowy
Wtyczka Spięta
Ustawienie oscyloskopu V DC
Dodatni terminal oscyloskopu  Pin 5 (żółty)
Podstawa czasu 5 ms/Div.
Zakres  4 V/Div.

 

© NGK/NTK

 

Ilustracja 3. a) cykl pracy i charakterystyka częstotliwości obwodu podgrzewania; b) wykres funkcji prądu pompowania w zależności od wartości λ.

Monitorowanie sygnału czujnika

Jak wcześniej wspomniano, sondy szerokopasmowe mogą mierzyć zakres od bardzo ubogiego do bardzo bogatego stosunku powietrza do paliwa w mieszance (AFR). To czyni je idealnymi do stosowania w silnikach Diesla z wtryskiem Common-Rail oraz w silnikach benzynowych z wtryskiem bezpośrednim, czyli tam, gdzie często spotyka się mieszanki mocno zubożone. Sondy te muszą być monitorowane za pomocą testera diagnostycznego, mimo że za pomocą multimetru można skontrolować pracę podstawowych układów. Jednak przy kontroli prądu pompowania niemożliwe jest diagnozowanie multimetrem ze względu na bardzo małe wartości prądu (standardowe multimetry nie są w stanie dokładnie mierzyć natężeń na poziomie 1–2 mA). Takie pomiary dokonywane są w silnikach pracujących z wartościami lambda na poziomie od 0,8 do 2,5.

Kontrola prądu pompowania testerem diagnostycznym

Za pomocą diagnostyki szeregowej możemy kontrolować prąd pompowania, jako wartość dodatnią lub ujemną. Niektóre testery mogą przedstawiać wartość prądu pompowania już przeliczoną na równowartość wartości λ mieszanki. Przez polaryzację dodatnią lub ujemną można określić, czy silnik pracuje na mieszance ubogiej, czy bogatej. W tym przykładzie należy się odnieść do charakterystyki przedstawiającej „równowartość λ” na wykresie, gdzie przedstawiona jest zależność prądu pompowania od wartości λ.

Polaryzacja dodatnia prądu pompowania – mieszanka uboga
Polaryzacja ujemna prądu pompowania – mieszanka bogata

W praktyce wartość lambda oraz prąd pompowania szybko zaczynają się przemieszczać w stronę wartości negatywnych (przy przyspieszaniu, przyciśnięciu pedału przyspieszenia). Przy hamowaniu silnikiem lub nagłym zdjęciem nogi z pedału przyspieszenia wartość lambda i prądu pompowania przechodzi na stronę dodatnią wykresu (mieszanka uboga).

Główne przyczyny nieprawidłowych sygnałów sondy lambda

Nieprawidłowy sygnał z szerokopasmowej sondy lambda może mieć wiele przyczyn i nie zawsze musi być związany z uszkodzeniem samej sondy. Sygnał może być odczytywany jako nieprawidłowy przez kompensację, jaką wykonuje sonda, na skutek błędnych sygnałów z innego miejsca.

Przykłady:

  • nieprawidłowy odczyt wartości z przepływomierza masowego powietrza powodują nieprawidłowe wysterowania czasu wtrysku,
  • problemy z pompą paliwa lub z wtryskiwaczami,
  • nieszczelności w układzie dolotowym (tak zwane „lewe” powietrze),
  • problemy z układem zapłonowym,
  • zły stan ogólny silnika,
  • uszkodzenie zaworu EGR lub jego nieprawidłowa praca.

Więcej informacji technicznych NGK dostępnych jest pod adresem: http://www.tekniwiki.com.

Udostępnij:

Drukuj





aE



Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również